“冰絲帶”冷起來的秘密

朱睿

北京冬奧會的室內項目即將在中國農歷虎年春節期間進行

多年來，科學家們都在探索將二氧化碳轉化為能源的方法

冬奧環保冰場從何而來

現階段移動冰場多采用氫氟烴類制冷劑，這種制冷劑有著很高的溫室氣體效應，或對臭氧層具有一定的破壞作用。而2022年北京冬奧會將首個采用國際先進、環保的二氧化碳跨臨界制冰技術的快速移動冰場，引入國家速滑館，為大家展現“科技冬奧”主題的環保、智慧型移動冰場。這一特殊冰場由北京理工大學與華熙冰雪體育管理（北京）有限公司聯合研制、建設，也是國內首個完全自主研發，實現全流程國產化的環保、智慧型移動冰場。

智慧場館的幸運兒——二氧化碳

為什么二氧化碳被選為新型制冷劑呢？

低碳小能手

首先，二氧化碳制冷劑的GWP值（全球變暖潛能值）僅為1，而我們生活中常用的氫氟烴類制冷劑的GWP值為1430，是二氧化碳的1430倍，它們對于氣候環境的影響不言而喻。而且二氧化碳作為新型制冷劑除了綠色、環保方面的考量外，還具有如下的優點：對于人體健康與居住環境無害;廣泛存在于自然界中，制備工藝簡單、高效;無毒且無刺激性;不可燃燒及爆炸;整體設備體積小、噪聲低，不會造成聲污染等。

知識鏈接

GWP——全球變暖潛能值

全球變暖潛能值，又稱全球增溫潛勢，是用來表示物質產生溫室效應的一個指數。GWP是在100年的時間框架內，各種溫室氣體的溫室效應對應于相同效應的二氧化碳的質量。二氧化碳被作為參照氣體，是因為其對全球變暖的影響最大，制冷劑的GWP值越大，則意味著其對于全球變暖的影響越大。

以二氧化碳的GWP 值為1，其余氣體與二氧化碳的比值作為該氣體GWP值

能源不浪費

其次，二氧化碳臨界點溫度很低（31.1攝氏度）。當采用二氧化碳作為制冷劑進行壓縮后，其冷凝散熱溫度會超過臨界點溫度，從而進入跨臨界區域。在跨臨界的狀態下，二氧化碳冷凝會產生大量的高品位熱（很容易被利用的熱量），這些熱量可用于采暖、洗浴等，從而實現能源的重復有效利用。而一般制冷劑散熱只能直接排到室外空氣中，造成能源浪費。

讓“制冰”變簡單

在制冰過程中，多臺二氧化碳壓縮機同時運作，將丙二醇冷卻后，通過泵送至冰板層制冷管道內，低溫丙二醇與頂部的高導熱鋁板換熱，金屬冰板溫度逐步降到零下5攝氏度后即可開始制冰。制冷團隊需要不停地在冰板上灑水，在冰板上凍成每層幾毫米的冰面。經過多道工序后，厚度30～50毫米的冰面才能完成凍結。

干冰

目前打造的移動冰場的冰面尺寸可以根據現場的實際需求，進行不同尺寸場景的隨意轉換，從而滿足不同專項運動及大眾活動的需要。

智能冰面有新招

科研團隊還研發了國內首個智能全時冰場監控系統，可以實時監測冰場人數及進出冰場人流數目，并可在人流超過設定值時及時預警。同時，該系統可獨立監控運動員的身體重要指標，及時通知工作人員提前介入與處理。智能系統有效地結合熱傳導的仿真方法，建立了冰面質量、冰面溫度與載冷劑循環速率之間的定量關系，從而指導冰面溫度管理，以保證冰面穩定、安全地被使用。

希望借著北京冬奧會、冬殘奧會，中國科學家能讓“綠色奧運、科技奧運”的理念深入人心。

（責任編輯/王佳穎 美術編輯/周游）